Recently, in proportion to the increase of earthquake occurrence-frequency and its strength in the countries within the circum-pan Pacific earthquake belt, a concept of earthquake-proof design for huge structures containing liquid has been growing up. This study deals with the refinement of classical numerical approaches for the free vibration analysis of separated structure and liquid motions. According to the liquid-structure interaction, LNG-storage tanks exhibit two distinguished eigenmodes, the sloshing mode and the bulging mode. For the sloshing -mode analysis, we refine the classical rigid-tank model by reflecting the container flexibility. While, for the bulging-mode analysis, we refine the classical uncoupled structural vibration system by taking the liquid free-surface fluctuation into consideration. We first construct the refined dynamic models for both problems, and present the refined numerical procedures. Furthermore, in order for the efficient treatment of large-scale matrices, we employ the Lanczos iteration scheme and the frontal-solver for our test FEM program. With the developed program we carry out numerical experiments illustrating the theoretical results.
Zhang, Zhi-Chao;Liu, Han-Long;Pak, Ronald Y.S.;Chen, Yu-Min
Geomechanics and Engineering
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v.7
no.6
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pp.613-631
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2014
To complement the method of field-scale seismic ground motion simulations by buried blast techniques, the application and evaluation of the capability of a numerical modeling platform to simulate buried explosion-induced ground motion at a real soil site is presented in this paper. Upon a layout of the experimental setup at a level site wherein multiple charges that were buried over a large-diameter circle and detonated in a planned sequence, the formulation of a numerical model of the soil and the explosives using the finite element code LS-DYNA is developed for the evaluation of the resulting ground motion and surface subsidence. With a compact elastoplastic cap model calibrated for the loess soils on the basis of the site and laboratory test program, numerical solutions are obtained by explicit time integration for various dynamic aspects and their relation with the field blast experiment. Quantitative comparison of the computed ground acceleration time histories at different locations and induced spatial subsidence on the surface afterwards is given for further engineering insights in regard to the capabilities and limitations of both the numerical and experimental approaches.
Coolant mixing under natural circulation flow regime constitutes a key parameter that may play a role in the course of an accidental transient in a nuclear pressurized water reactor. This issue has motivated some experimental investigations carried out within the OECD/NEA PKL projects. The aim was to assess the coolant mixing phenomenon in the reactor pressure vessel downcomer and the core lower plenum under several asymmetric steady and unsteady flow conditions, and to provide experimental data for code validations. Former studies addressed the mixing phenomenon using, on the one hand, one-dimensional computational approaches with cross flows that are not fully validated under transient conditions and, on the other hand, expensive computational fluid dynamic tools that are not always justified for large-scale macroscopic phenomena. In the current framework, an unsteady coolant mixing experiment carried out in the Rossendorf coolant mixing test facility is simulated using the three-dimensional porous media capabilities of the thermal-hydraulic system CATHARE code. The current study allows highlighting the current capabilities of these codes and their suitability for reproducing the main phenomena occurring during asymmetric transient natural circulation mixing conditions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.11
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pp.1413-1420
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2012
To predict the dynamics behavior, running stability, etc. of a railway vehicle and to understand its physical characteristics, analytical methods are used for the testing and manufacturing of a scale model along with numerical simulations in developed countries (England, France, Japan, etc.). The test of the dynamics characteristics of full-scale models is problematic in that it is expensive and time-consuming because an entire large-scale test plant needs to be constructed, difficulties are involved in the test configuration, etc. To overcome these problems, an analytical study involving dynamics tests and computer simulations using a scaled bogie model that applies the laws of similarity was carried out. In this study, we performed stability analysis on a 1/5 small scaled bogie for parameters such as the running speed and carbody weight by using an analysis model. Furthermore, we verified the reliability by using a small-scaled derailment simulator and examined the dynamic characteristic of the 1/5 small scaled bogie.
Multi-dimensional two-phase phenomena occur in many industrial applications, particularly in a nuclear reactor during steady operation or a transient period. Appropriate modeling of complicated behavior induced by a multi-dimensional flow is important for the reactor safety analysis results. SPACE, a safety analysis code for thermal hydraulic systems which is currently being developed, was designed to have the capacity of multi-dimensional two-phase thermo-dynamic phenomena induced in the various phases of a nuclear system. To validate the performance of SPACE, a two-dimensional two-phase flow test was performed with slab geometry of the test section having a scale of $1.43m{\times}1.43m{\times}0.11m$. The test section has three inlet and three outlet nozzles on the bottom and top gap walls, respectively, and two outlet nozzles installed directly on the surface of the slab. Various kinds of two-dimensional air/water flows were simulated by selecting combinations of the inlet and outlet nozzles. In this study, two-dimensional two-phase void fraction profiles were quantified by measuring the local gap impedance at 225 points. The flow conditions cover various flow regimes by controlling the flow rate at the inlet boundary. For each selected inlet and outlet nozzle combination, the water flow rate ranged from 2 to 20 kg/s, and the air flow rate ranged from 2.0 to 20 g/s, which corresponds to 0.4 to 4 m/s and 0.2 to 2.3 m/s of the superficial liquid and gas velocities based on the inlet port area, respectively.
Lee, Giha;An, Hyunuk;Yeon, Minho;Seo, Jun Pyo;Lee, Chang Woo
Korean Journal of Agricultural Science
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v.47
no.4
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pp.963-978
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2020
Earthquakes can induce a large number of landslides and cause very serious property damage and human casualties. There are two issues in study on earthquake-induced landslides: (1) slope stability analysis under seismic loading and (2) debris flow run-out analysis. This study aims to review technical studies related to the development and application of earthquake-induced landslide models (seismic slope stability analysis). Moreover, a pilot application of a physics-based slope stability model to Mt. Umyeon, in Seoul, with several earthquake scenarios was conducted to test regional scale seismic landslide mapping. The earthquake-induced landslide simulation model can be categorized into 1) Pseudo-static model, 2) Newmark's dynamic displacement model and 3) stress-strain model. The Pseudo-static model is preferred for producing seismic landslide hazard maps because it is impossible to verify the dynamic model-based simulation results due to lack of earthquake-induced landslide inventory in Korea. Earthquake scenario-based simulation results show that given dry conditions, unstable slopes begin to occur in parts of upper areas due to the 50-year earthquake magnitude; most of the study area becomes unstable when the earthquake frequency is 200 years. On the other hand, when the soil is in a wet state due to heavy rainfall, many areas are unstable even if no earthquake occurs, and when rainfall and 50-year earthquakes occur simultaneously, most areas appear unstable, as in simulation results based on 100-year earthquakes in dry condition.
This paper proposes a novel approach to model updating for a large-scale cable-stayed bridge based on ambient vibration tests coupled with a hybrid metaheuristic search algorithm. Vibration measurements are carried out under excitation sources of passing vehicles and wind. Based on the measured structural dynamic characteristics, a finite element (FE) model is updated. For long-span bridges, ambient vibration test (AVT) is the most effective vibration testing technique because ambient excitation is freely available, whereas a forced vibration test (FVT) requires considerable efforts to install actuators such as shakers to produce measurable responses. Particle swarm optimization (PSO) is a famous metaheuristic algorithm applied successfully in numerous fields over the last decades. However, PSO has big drawbacks that may decrease its efficiency in tackling the optimization problems. A possible drawback of PSO is premature convergence leading to low convergence level, particularly in complicated multi-peak search issues. On the other hand, PSO not only depends crucially on the quality of initial populations, but also it is impossible to improve the quality of new generations. If the positions of initial particles are far from the global best, it may be difficult to seek the best solution. To overcome the drawbacks of PSO, we propose a hybrid algorithm combining GA with an improved PSO (HGAIPSO). Two striking characteristics of HGAIPSO are briefly described as follows: (1) because of possessing crossover and mutation operators, GA is applied to generate the initial elite populations and (2) those populations are then employed to seek the best solution based on the global search capacity of IPSO that can tackle the problem of premature convergence of PSO. The results show that HGAIPSO not only identifies uncertain parameters of the considered bridge accurately, but also outperforms than PSO, improved PSO (IPSO), and a combination of GA and PSO (HGAPSO) in terms of convergence level and accuracy.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.24
no.5
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pp.219-232
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2020
The slip-weakening model developed by Ohnaka and Yamashita is extended over the breakdown zone by equating the scaling relationships for the breakdown zone and the whole rupture area. For the extension, the study uses the relationship between rupture velocity and radiation efficiency, which was derived in the theory of linear elastic fracture mechanics, and the definition of fmax given in the specific barrier model proposed by Papageorgiou and Aki. The results clearly show that the extended scaling relationship is governed by the ratio of rupture velocity to S wave velocity, and the velocity ratio can be determined by the ratio of characteristic frequencies of a Fourier amplitude spectrum, which are corner frequency, fc, and source-controlled cut-off frequency, fmax, or vice versa. The derived relationship is tested by using the characteristic frequencies extracted from previous studies of more than 130 shallow crustal events (focal depth less than 25 km, MW 3.0~7.5) that occurred in Japan. Under the assumption of a dynamic similarity, the rupture velocity estimated from fmax/fc and the modified integral timescale give quite similar scale-dependence of the rupture area to that given by Kanamori and Anderson. Also, the results for large earthquakes show good agreement to the values from a kinematic inversion in previous studies. The test results also indicate the unavailability of the spectral self-similarity proposed by Aki because of the scale-dependent rupture velocity and the rupture velocity-dependent fmax/fc; however, the results do support the local similarity asserted by Ohnaka. It is also remarkable that the relationship between the rupture velocity and fmax/fc is quite similar to Kolmogorov's hypothesis on a similarity in the theory of isotropic turbulence.
Nonlinear dynamic deformation characteristics, expressed in terms of normalized shear modulus reduction curve (G/$G_{max}-\log\gamma$, G/$G_{max}$ curve) and damping curve (D-$\log\gamma$), are important input parameters with shear wave velocity profile ($V_s$-profile) in the seismic analysis of (new or existing) fill dam. In this paper, the reasonable and economical methods to evaluate the nonlinear dynamic deformation characteristics for core zone and rockfill zone respectively are presented. For the core zone, 111 G/$G_{max}$ curves and 98 damping curves which meet the requirements of core material were compiled and representative curves and ranges were proposed for the three ranges of confining pressure (0~100 kPa, 100 kPa~200 kPa, more than 200 kPa). The reliability of the proposed curves for the core zone were verified by comparing with the resonant column test results of two kinds of core materials. For the rockfill zone, 135 G/$G_{max}$ curves and 65 damping curves were compiled from the test results of gravelly materials using large scale testing equipments. The representative curves and ranges for G/$G_{max}$ were proposed for the three ranges of confining pressure (0~50 kPa, 50 kPa~100 kPa, more than 100 kPa) and those for damping were proposed independently of confining pressure. The reliability of the proposed curves for the rockfill zone were verified by comparing with the large scale triaxial test results of rockfill materials in the B-dam which is being constructed.
Bidini, G.;Barelli, L.;Buratti, C.;Castori, G.;Belloni, E.;Merli, F.;Speranzini, E.
Smart Structures and Systems
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v.30
no.3
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pp.327-332
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2022
In building envelope, transparent components play an important role. The structural glazing systems are the weak element of the casing in terms of mechanical resistance, thermal and acoustic insulation. In the present work, new structural glass panels with granular aerogel in interspace were investigated from different points of view. In particular, the mechanical characterization was carried out in order to assess the resistance to bending of the single glazing pane. To this end, a special instrument system was built to define an alternative configuration of the coaxial double ring test, able to predict the fracture strength of glass large samples (400 × 400 mm) without overpressure. The thermal and lighting performance of an innovative double-glazing façade with granular aerogel was evaluated. An experimental campaign at pilot scale was developed: it is composed of two boxes of about 1.60 × 2 m2 and 2 m high together with an external weather station. The rooms, identical in terms of size, construction materials, and orientation, are equipped with a two-wing window in the south wall surface: the first one has a standard glazing solution (double glazing with air in interspace), the second room is equipped with the innovative double-glazing system with aerogel. The indoor mean air temperature and the surface temperature of the glass panes were monitored together with the illuminance data for the lighting characterization. Finally, a brief energy characterization of the performance of the material was carried out by means of dynamic simulation models when the proposed solution is applied to real case studies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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